Не для кого не секрет, что смена дня и ночи технически вызвана вращением Земли вокруг своей оси. Но вам когда нибудь приходило в голову с какой скоростью она вращается? И как посчитать эту скорость? Вообще, если говорить о движении по окружности, выделяют две скорости: угловую (ω) и линейную (v). Давайте попробуем найти и ту и другую.

Угловая скорость вращения Земли.

Угловая скорость определяет то, как быстро изменяется угол с течением в времени. Так как один полный оборот соответствует углу в 360 о или 2π, а время, за которое он совершается есть период Т, то угловую скорость можно выразить как:

ω=2π/Т

Мы знаем, что в сутках 24 часа, а, следовательно, можно предположить, что период обращения Земли вокруг своей оси Т составит так же 24 часа. Но не торопитесь переводить это время в секунды и подставлять в уравнение, записанное выше. Так как Земля вращается еще вокруг солнца, то период обращения её вокруг собственной оси будет немного короче привычных нам солнечных суток и составит 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это так называемые звездные сутки. В пересчете на секунды мы получаем: Т=86164 с.

Теперь можно найти угловую скорость:

ω = 2π/Т = 0,00007292115078 с -1

Линейная скорость

Если говорить об угловой скорости, то она одинакова для любой точки нашей планеты. И не важно: пингвин в Арктике, слон в Африке или Вы у себя дома, все будут иметь одинаковую угловую скорость. Но когда речь заходит о скорости линейной, то тут все наоборот. Она будет максимальна на экваторе и убывать к полюсам, так как напрямую зависит от радиуса окружности вращения. А это значит, что если вы залезете на табуретку вкрутить лампочку, то ваша линейная скорость увеличится. Строго говоря, линейная скорость описывает скорее не вращение Земли вокруг своей оси, она описывает вращение каких то отдельных её точек.

Рассчитать линейную скорость очень просто. По определению, скорость — это отношение пройденного пути ко времени, за которое этот путь был совершен. Если за один оборот мы проходим путь, равный длине окружности, а время движения будет ни что иное как период обращения Т, то, выразив длину окружности из известной школьной формулы: L= 2πR, мы получим уравнение для расчета линейной скорости:

V= 2πR /T

Так как угловая скорость ω = 2π /Т, то мы можем смело записать:

V=ωR

Радиус земли на экваторе R = 6378245 м, а значит линейная скорость там будет равна:

V≈465 м/с

Если перевести эту величину в километры в час, то получится 1674 км/ч. Приличная скорость. Но это на экваторе, где-нибудь в жаркой Африке, центральной её части. Ближе к полюсам значение будет ниже. Так, к примеру, для Санкт-Петербурга линейная скорость будет уже в два раза меньше экваториальной, всего 837 км/ч, а на полюсах и вовсе 0 км/ч.

Что будет если…?

Что будет если земля перестанет вращаться? Вам знакома ситуация, когда вы едете в переполненном автобусе, вдруг водитель резко тормозит на светофоре, и все пассажиры, включая Вас, летят…. Куда? Понятно куда, обниматься к водителю и целовать лобовое стекло. Примерно тоже самое произойдет, если Господь Бог нажмет на тормоза и остановит Землю. Вот только если скорость автобуса 60 км/ч, то в случае с Землей совершенно другие цифры. Значение в 1674 км/ч сопоставимо со скоростями сверхзвуковой авиации. А именно с такими скоростями начнут двигаться все тела и объекты, находящиеся на поверхности земли в случае её экстренной остановки. Конечно, в России, в связи с тем, что страна находится в северных широтах, скорости будут меньше, но все же появится возможность разогнать Жигули 6 модели до 837 км/ч. Нужно только остановить Землю.

Что будет если Земля начнет вращаться быстрее? Всем известно, что Земля это не совсем шар, она немного приплюснута у полюсов, что обусловлено её вращением вокруг своей оси. Увеличение скорости вращения еще сильнее сплющит нашу Землю. При достаточной для этого скорости она вполне может превратиться в блин, и действительно стать плоской. Так же увеличение скорости может привести к тому, что все тела, находящиеся на её поверхности, улетят в космос. Для этого необходимо,, чтобы линейная скорость этих тел превысила вторую космическую скорость (11.2 км/с). И кто знает, может когда-нибудь Земля-Матушка устанет от наших глупых попыток управлять ею и, наконец, добавит оборотов, раскидав нас по всей солнечной системе.

Движение нашей планеты в космическом пространстве можно охарактеризовать двумя типами вращения: вокруг собственной оси и вокруг Солнца. В данной статье рассматривается понятие угловой скорости, приводятся необходимые формулы для вычисления этой величины, а также дается расчет скорости угловой вращения Земли вокруг своей оси и вокруг нашей звезды.

Что такое угловая скорость вращения?

Когда рассматривают перемещение тела в пространстве на большие расстояния, то, как правило, пренебрегают его размерами. В этом случае вводят понятия пути и скорости его движения. Если же решают задачу движения тела вокруг некоторой точки или оси вращения, то пройденный путь всегда равен длине соответствующей окружности, а линейная скорость перемещения заменяется использованием скорости угловой.

Угловая скорость вращения представляет собой угол, на который тело поворачивается вокруг соответствующей оси за единицу времени. Исходя из этого определения, единицей измерения рассматриваемой величины будут радианы в секунду (рад/с). Также можно использовать градусы в секунду (˚/c). Обозначается угловая скорость греческой буквой омега ω.

Основные формулы

Прежде чем переходить к вопросу, чему равна скорость вращения Земли угловая, следует познакомиться с основными формулами, описывающими эту величину.

Как известно, угловая мера всей окружности составляет 360 ˚ или 2×π радиан, где π = 3,1416. Если тело совершает вокруг оси полный оборот за время T, тогда можно записать следующее выражение:

Время T называют периодом обращения, а величина f = 1/T показывает, сколько оборотов тело сделает за единицу времени, то есть характеризует частоту его вращения.

Еще одной важной формулой для угловой скорости является выражение, объединяющее линейную скорость и радиус вращения:

Если проверить единицу измерения ω в этом выражении, то получаем те же радианы в секунду (с -1 ). Формула показывает, что чем меньше расстояние от оси вращения до тела (r), и чем больше его скорость линейная (v), тем больше будет ω.

Из этой формулы можно легко выразить величину v: v = ω×r. Поскольку угловая скорость является величиной постоянной для некоторого рассматриваемого тела, то быстрее будут двигаться те точки, которые находятся дальше от оси вращения.

Рассмотренные формулы и понятия используем для определения скорости угловой вращения Земли вокруг оси и вокруг Солнца.

Вращение нашей планеты вокруг оси

Каждый человек знает, что планета, на которой он живет, вращается вокруг своей оси, причем экваториальная плоскость Земли наклонена под углом 23˚ к плоскости эклиптики.

Как рассчитать угловую скорость вращения вокруг своей оси Земли? Для этого можно воспользоваться совершенно любой из формул, которые приведены были выше. Поскольку мы знаем, что один оборот вокруг оси происходит за 24 часа, то для расчета следует использовать выражение с периодом T. Получаем:

Здесь значение периода T было переведено в секунды. Полученное значение является небольшим.

Представляет интерес рассчитать, с какой линейной скоростью движутся точки на поверхности планеты на широте 0˚ (экватор). Экваториальный радиус Земли равен 6 378 000 м. Подставляя это значение в формулу для скорости, получим:

v = ω×r = 7,27×10 -5 ×6 378 000 = 463,8 м/с = 1670 км/ч.

Полученное значение является большим в сравнении со скоростями, которые мы наблюдаем в жизни. Человек эту скорость не ощущает, поскольку вращается вместе с воздухом и почвой под ногами с одной скоростью, то есть он покоится относительно них.

Рассмотренное вращение Земли приводит не только к возникновению явления дня и ночи, но и к появлению так называемой силы Кориолиса, которая оказывает влияние на некоторые земные процессы, например, изменяет направление ветров.

Вращение Земли по своей орбите

Рассчитаем теперь угловую скорость вращения Земли вокруг Солнца. Для этого воспользуемся следующими данными: точное значение сидерического периода обращения нашей планеты по орбите составляет 365 дней 6 часов 9 минут и 9,7632 секунды, то есть T = 31558149,7632 секунд. Теперь можно воспользоваться формулой:

ω = 2×π/T = 2×3,1416/(31558149,7632) = 1,991×10 -7 рад/с.

То есть угловая орбитальная скорость нашей планеты меньше на 1,5 порядка, чем аналогичная величина для вращения вокруг собственной оси. Вычислим линейную скорость, учитывая, что средний радиус орбиты равен 149 597 871 000 метров:

v = ω×r = 1,991×10 -7 ×149 597 871 000 = 29784,8 м/с = 107 225 км/ч.

С этой огромной скоростью наша планета движется в космическом пространстве вокруг Солнца.

С орбитальным движением планеты и наклоном ее оси связано существование времен года в Северном и Южном полушариях.

Земля всегда находится в движении. Хотя кажется, что мы стоим неподвижно на поверхности планеты, она беспрерывно вращается вокруг своей оси и Солнца. Это движение не чувствуется нами, так как оно напоминает полет в самолете. Мы движемся с той же скоростью, что и самолет, поэтому не ощущаем, что движемся вообще.

С какой скоростью Земля вращается вокруг своей оси?

Земля делает один оборот вокруг своей оси почти за 24 часа (если быть точными, то за 23ч 56 мин 4,09 сек или 23,93 часа). Поскольку окружность Земли на экваторе составляет 40075 км, то любой объект на экваторе вращается со скоростью приблизительно 1674 км в час или примерно 465 метров (0,465 км) в секунду (40075 км делим на 23,93 часа и получаем 1674 км в час).

На Северном полюсе (90 градусах северной широты) и Южном полюсе (90 градусах южной широты), скорость фактически равна нулю, потому что точки полюсов вращаются на очень медленной скорости.

Для того чтобы определить скорость на любой другой широте, просто умножьте косинус широты на скорость вращения планеты на экваторе (1674 км в час). Косинус 45 градусов равен 0,7071, таким образом, умножаем 0,7071 на 1674 км в час и получаем 1183,7 км в час.

Косинус необходимой широты легко определить с помощью калькулятора или посмотреть в таблице косинусов.

Скорость вращения Земли для других широт:

  • 10 градусов: 0.9848×1674=1648,6 км в час;
  • 20 градусов: 0.9397×1674=1573,1 км в час;
  • 30 градусов: 0.866×1674=1449,7 км в час;
  • 40 градусов: 0.766×1674=1282,3 км в час;
  • 50 градусов: 0.6428×1674=1076,0 км в час;
  • 60 градусов: 0.5×1674=837,0 км в час;
  • 70 градусов: 0.342×1674=572,5 км в час;
  • 80 градусов: 0.1736×1674=290,6 км в час.

Циклическое торможение

Все циклично, даже скорость вращения нашей планеты, которую геофизики могут измерить с точностью до миллисекунд. Вращение Земли, как правило, имеет пятилетние циклы замедления и ускорения, и последний год цикла замедления часто взаимосвязан со всплеском землетрясений по всему миру.

Так как 2018 год является последним в цикле замедление, ученые ожидают в этом году рост сейсмической активности. Корреляция не является причинно-следственной связью, но геологи всегда ищут инструменты, чтобы попытаться предсказать, когда произойдет очередное мощное землетрясение.

Колебания земной оси

Земля при вращении совершает небольшие колебания, поскольку ее ось дрейфует на полюсах. Было замечено, что дрейф земной оси ускорился с 2000 года, двигаясь со скоростью 17 см в год на восток. Ученые установили, что ось по-прежнему движется на восток вместо того, чтобы двигаться вперед и назад из-за комбинированного эффекта таяния Гренландии и Антарктиды, а также потери воды в Евразии.

Дрейф оси, как предполагается, особенно чувствителен к изменениям, происходящим на 45 градусах северной и южной широты. Это открытие привело к тому, что ученые наконец смогли ответить на давний вопрос о том, почему ось вообще дрейфует. Колебание оси на Восток или Запад было вызвано сухими или влажными годами в Евразии.

С какой скоростью Земля движется вокруг Солнца?

В дополнение к скорости вращения Земли вокруг своей оси, наша планета также вращается вокруг Солнца со скоростью около 108000 км в час (или примерно 30 км в секунду), и полностью завершает свою орбиту вокруг Солнца за 365,256 дней.

Только в 16-м веке люди поняли, что Солнце является центром нашей Солнечной системы, и что Земля перемещается вокруг него, а не является неподвижным центром Вселенной.